水文水害預警方案

（技術方案）哈爾濱華夏礦安科技水文災難預警系統(tǒng)技術方案

（上位正文局部）名目參考文獻錯誤!未定義書簽。1水害預警系統(tǒng)設計概述與意義11.1水害預警系統(tǒng)設計依據(jù)12突水災難形成條件與發(fā)生緣由1自然地質(zhì)條件1人為條件22爭論的目的和意義43頂板水害51三圖雙猜想法概念53.2基于GIS的AHP方法的富水性分區(qū)圖實現(xiàn)63.3基于GIS的AHP&灰色神經(jīng)串聯(lián)型富水性分區(qū)法錯誤!未定義書簽。3.4涌水量猜想錯誤!未定義書簽。4底板突水危急性錯誤!未定義書簽。4.1五圖雙系數(shù)法概念及意義⑻錯誤!未定義書簽。5剖面圖的實現(xiàn)錯誤!未定義書簽。6礦井水位（漂?。崿F(xiàn)錯誤!未定義書簽。強富水性：1.0L/s*m<qW5.OL/s*m；極強富水性：q>5.0L/s*m0注：此種方法雖然簡潔，但適合度很差，是否采納，還需要進一步考慮認證。頂板冒落平安性分區(qū)圖依據(jù)《煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查評價標準》附錄F的冒落帶導水裂隙帶最大高度閱歷公式表煤層傾角(°)巖石抗壓強度(MPa)巖石名稱頂板管理方法冒落帶最大高度m導水裂隙帶(包括冒落帶最大高度)m0~5440~60輝綠巖、石灰?guī)r、硅質(zhì)石英巖、礫巖、砂礫巖、砂質(zhì)頁巖等全部陷落EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.320~40砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)砂巖、頁巖等全部陷落EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3<20風化巖石、頁巖、泥質(zhì)砂巖、粘土巖、第四系和第三系松散層等全部陷落EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.355?8540~60輝綠巖、石灰?guī)r、硅質(zhì)石英巖、礫巖、砂礫巖、砂質(zhì)頁巖等全部陷落EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3<40砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)砂巖、頁巖、粘土巖、風化巖石、第三系和第四系松散層等全部

陷落EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3注：①表中：EMBEDEquation.3一累計采厚，EMBEDEquation.3；EMBEDEquation.3一煤分層層數(shù)；EMBEDEquation.3一煤層厚度，EMBEDEquation.3；EMBEDEquation.3一采煤工作面小階段垂高，EMBEDEquation.3o②冒落帶、導水裂隙最大高度、對于緩傾斜和傾斜煤層，系每日從煤層頂面算起的法向高度；對于急傾斜煤層，系指從開采上限算起的垂向高度。③巖石抗壓強度為飽和單軸極限強度。頂板涌（突）水條件綜合分區(qū)圖頂板涌（突）水雙猜想實現(xiàn)底板突水危急性《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》第七十九條明確指出：“有條件的礦井可以采納“脆弱性指數(shù)法”或者“五圖雙系數(shù)法”等方法，對底板突水危急性進行綜合分區(qū)評價，可以采納比較法、解析法和數(shù)值模擬法等方法估計最大涌水量?！蔽鍒D雙系數(shù)法概念及意義⑻帶壓開采：是指在具有承壓水壓力的含水層上進行的采煤?！拔鍒D雙系數(shù)”法：是一種煤層底板水害評價方法?！拔鍒D”是指：底板保護層破壞深度等值線圖、底板保護層厚度等值線圖、煤層底板以上水頭等值線圖、有效保護層厚度等值線圖、帶壓開采評價圖。雙系數(shù)是指：帶壓系數(shù)和突水系數(shù)。.“五圖”概念和意義如下：第一圖：在工作面回采過程中，由于礦壓等因素綜合作用的結果，在煤層底板產(chǎn)生肯定深度的破壞，這種破壞后的巖層具有導水力量，故稱之為“導水破壞深度”，通過試驗和計算可以獲得該值的分布狀況。據(jù)此繪制“底板保護層破壞深度等值線圖”。其次圖：煤層底面至隔水層頂面之間的這段巖層稱之為“底板保護層”。它是阻擋承壓水涌入采掘空間的屏障，需查明其厚度及其變化規(guī)律。據(jù)此繪制“底板保護層厚度等值線圖”。第三圖：煤層底板以下含水層的承壓水頭將分別作用在不同標高的底板上。依據(jù)計算繪制“煤層底板上的水頭等值線圖”。第四圖：把導水破壞深度從底板保護層厚度中減去，所剩厚度稱之為“有效保護層”。它是真正具有阻抗水頭壓力力量且起平安保護作用的局部。據(jù)此繪制“有效保護層厚度等值線圖”。第五圖：最終依據(jù)有效保護層的存在與否和厚度大小，依照“雙系數(shù)”和“三級判別”綜合分析，即可繪制帶壓開采技術的最重要圖件“帶水頭壓力開采評價圖”。.“雙系數(shù)”的概念和意義

帶壓系數(shù)：在爭論保護層時要同時進行保護層的阻抗水壓力量的測試，依據(jù)所獲參數(shù)計算保護層的總體“帶壓系數(shù)”，它是表示每米巖層可以阻抗多大水壓的指標，是雙系數(shù)之一。突水系數(shù)：另一系數(shù)是“突水系數(shù)”，是“有效保護層厚度”與作用其上的水頭值之比。.“三級判別”的概念“三級判別”：是與雙系數(shù)協(xié)作用來判別突水與否、突水形式和突水量變化的三個指標：I級判別：是判別工作面必定發(fā)生直通式突水的指標；II級判別：是判別工作而發(fā)生非直通式突水可能性及其突水形式的指標；III級判別：是判別己被n級判別定為突水的工作面其突水量變化狀況的指標。.“五圖雙系數(shù)法”的流程，參見下列圖。EMBEDVisio.Drawing.11圖-1“五圖雙系數(shù)法”流程框圖第一圖底板保護層破壞深度等值線圖實現(xiàn)方法.底板活動全貌如圖3-2所示。在計算保護層破壞深度時，主要考慮無明顯損傷底板破壞深度、明顯損傷底板破壞深度兩局部。圖3-2底板活動全貌無明顯損傷底板破壞深度回歸分析底板破壞深度：是指底板巖層產(chǎn)生移動變形，裂隙率發(fā)生變化以及采動裂隙(主要是層向裂隙)率大于肯定數(shù)量的底板巖層厚度.求解過程：第一步：建立非線性方程，公式為：EMBEDEquation.3(3-1)其中：EMBEDEquation.3為影響采場底板破壞深度，EMBEDEquation.Equation.3Equation.3為煤礦開采深度，EMBEDEquation.3Equation.3為煤礦開采深度，EMBEDEquation.3為煤層傾角,EMBEDEquation.3斜長。EMBEDEquation.3斜長。為底板結實系數(shù)，EMBEDEquation.3斜長。為底板結實系數(shù)，EMBEDEquation.3為工作面注：這些參數(shù)由煤礦供應或在做地質(zhì)分析時取得。其次步：采用所給參數(shù)，回歸，計算各種參數(shù)的系數(shù)?！罢?guī)方程”采納列主元素高斯消去求解法。計算出最終結果?；貧w結果類似下列圖：明顯損傷底板破壞深度的計算由幾何損傷原理啟發(fā)，實踐證明，當原始底板受到明顯損傷破壞時，在同樣的礦山壓力作用下，采場底板破壞深度要比式(3T)的計算結果大。依據(jù)文獻［11］知，采場底板破壞深度同采場底板所承受的應力成正比，依據(jù)幾何損傷原理，綜合得到損傷底板破壞嘗試的計算公式為：EMBEDEquation.3(3-1)其中：EMBEDEquation.3為明顯損傷底板破壞深度，EMBEDEquation.3為無明顯損傷底板破壞深度，EMBEDEquation.3為鉆孔漏水段總長度，EMBEDEquation.3為鉆孔總長度。軟件實現(xiàn)擬實現(xiàn)方法，依靠matlab強大的計算機力量，計算結果，傳給C#函數(shù)，C#與GIS融合，動態(tài)生成底板保護層破壞深度等值線圖。其次圖底板保護層厚度等值線圖雙系數(shù)實現(xiàn)方法雙系數(shù)是指：帶壓系數(shù)、突水系數(shù)。帶壓系統(tǒng)實現(xiàn)方法依據(jù)文獻［10］上帶壓系數(shù)公式，EMBEDEquation.3其中：EMBEDEquation.3為煤層承受(平安？)的水頭壓力；EMBEDEquation.3為煤層的隔水層厚度。平安水頭壓力EMBEDEquation.3的求解公式依據(jù)《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》中附錄五進行計算。計算公式：第一種狀況：掘進巷道底板隔水層EMBEDEquation.3(5-1)式中P——底板隔水層能夠承受的平安水壓，MPa；t——隔水層厚度，m；L——巷道寬度，m；EMBEDEquation.DSMT4——底板隔水層的平均重度，MN/m3；&——底板隔水層的平均抗拉強度，MPa。其次種狀況：采煤工作面EMBEDEquation.3式中止-底板隔水層厚度，m；廣-平安水壓，MPa；2—臨界突水系數(shù)，MPa/nio7；值應依據(jù)本區(qū)資料確定，一般狀況下，在具有構造破壞的地段按0.06MPa/m計算，隔水層完整無斷裂構造破壞地段按0.IMPa/m計算?？芍克坎孪氲V井涌水量的猜想是對礦坑充水條件的定量描述，猜想涌水量的方法基本依托于當?shù)氐V井的水文地質(zhì)資料的齊全與精確，目前我們爭論通過在線監(jiān)測水量的變化，再結合分析水文地質(zhì)條件建立符合實際的模型，其結果才具有有用性，所以通過在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)并采納先進的神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)的相結合的方法來建立數(shù)學模型在線進行分析猜想可知水狀態(tài)。影響涌水量的條件煤礦涌水量也受多種條件影響，主要有：水文地質(zhì)條件對涌水量的影響⑴礦井水文地質(zhì)條件是影響礦井排水量的關鍵因素，其中包括含水層厚度、富水性、節(jié)理、裂隙、巖溶發(fā)育程度和補給來源。一般規(guī)律是含水層厚度大，含水性強，四周補給來源豐富，礦井水涌水量就大，反之那么小。其次是所處的地理位置，一是煤礦平面位置與四周井、泉、河水的關系，一般離井、泉、河水近，且水利關系親密，側向補給來源大，那么礦坑涌水量就大，反之那么小；二是開采煤層與當?shù)厍治g面及區(qū)域地下水位關系，一般是位于當?shù)厍治g面和區(qū)域地下水位以下，且補給關系親密，那么涌水量大，反之那么??；三是與當?shù)亟邓?、入滲系數(shù)大,降水可直接轉(zhuǎn)化為礦井水，煤層開采后導水裂隙帶影響到地面，那么礦井涌水量就大，且季節(jié)性變化明顯，反之那么小。地質(zhì)構造特征對涌水量的影響礦井涌水量的大小與地質(zhì)構造，特殊是褶曲斷層有直接關系，地質(zhì)構造對地下水、地面水起著重要的掌握與導水作用，但主要打算于褶曲斷層補給來源豐富程度和斷層兩盤含水層、隔水層對接狀況。一般規(guī)律是地質(zhì)構造愈簡單，斷層愈多，開采煤層離斷層愈近，補給充分，那么涌水量就愈大。反之構造簡潔，開采煤層離斷層愈遠，補給來源少，那么涌水量愈小，如大同、平朔等礦區(qū)。煤礦開采階段對涌水量的影響煤礦開采不同階段，礦井涌水量變化很大，一般可分為四個階段：首先，煤礦開采初期，即由基建到生產(chǎn)期間，揭露的含水層相對多，含水層處于飽和狀態(tài),含水性就強，隨著開采面積的增大，就會逐步頂板冒落，溝通裂隙導水帶，煤系頂部含水層中地下水就會直接滲入礦坑。在有河溝地段煤層淺的礦井，地表水也可能滲入礦坑，礦井涌水量將相對增大。其次，當?shù)V井開采進入中期以后，一般不會大面積揭露新的含水層，由于開采時間增長，含水層水位不斷降低，以礦井為中心的降落漏斗趨于穩(wěn)定，局部含水層為無壓，礦井涌水量靠滲入補給，處于補、徑、排平衡狀態(tài)。第三，當?shù)V井開采進入后期，含水層局部被疏干，地表入滲補給量逐步削減，那么礦井涌水量逐步衰減。第四，當?shù)V井開采進入末期（停采），在其影響范圍內(nèi)，礦坑涌水量變小到幾乎沒有。但是假如停止排水，由于煤系底部有隔水層存在，坑區(qū)逐步積水成為“地下水庫”。這就是煤礦開采涌水量經(jīng)受增大、平衡、衰減、到特別小，逐步恢復到一般變化的過程。需要指出的是上述四個階段是在正常條件下的全部過程和共性，如構造破壞或地表水、巖溶水發(fā)生聯(lián)系，那么可能發(fā)生局部、臨時的突變，涌水量就增大⑴。大氣降水及地表水對涌水量的影響涌水量與降水量有明顯的對應關系，一般規(guī)律是:礦井開采初期降水量增大,涌水量也增加。在年變化內(nèi)有這種特征，即每年雨季7、8、9月降水量大，礦井涌水量也增加，在淺部這種關系更為明顯。但到開采中期，這種關系就不明顯了，即降水增加，涌水量增加很少或不增加⑵。開采面積對涌水量的影響煤礦開采面積逐年增加，這是由礦井設計生產(chǎn)人為因素打算的。在初期礦井開采面積與涌水量有相互增長的規(guī)律，當開采到達肯定深度后，無論開采面積是否增加，涌水量將基本保持不變，局部礦井還隨著開采深度的增加，向相反的方向進展。這是由于礦井涌水量主要受水文地質(zhì)條件等打算。即使有人為因素的干擾，也不能轉(zhuǎn)變上述幾個階段的基本規(guī)律⑶。開采沉陷對涌水量的影響開采沉陷與涌水量有親密關系，一般是開采煤層越厚，貫穿含水層越多，礦井涌水量就增大，其增加大小，主要打算于開采深度和巖層含水性。一般在淺部比教明顯，淺部開采沉陷后，裂隙導水帶直接影響到地面，既可使地表水、降水直接入滲地下，又可使淺部風化帶含水層水流速度增加，快速滲入井下，因而礦井涌水量增加⑷。煤炭開采量對涌水量的影響開采量與涌水量一般具有較好的相關性，在肯定水文條件、地質(zhì)條件、氣象條件下涌水量隨著開采量的增加而增加。開采初期開采量與涌水量一般具有較好的正相關性，雖然開采初期隨著含水層頂板不斷被翻開，涌水量會發(fā)生跳動式增長，但在較長的時間段內(nèi)開采量與涌水量仍舊表現(xiàn)出較好的正相關性。而隨著含水層全部被翻開，不會再有新的涌水量突變，同時已翻開含水層的涌水不斷被疏干，開采量的增加與涌水量呈現(xiàn)負相關性，即開采量增加涌水量下降。當煤礦開采處于末期時，礦井水文地質(zhì)變化不明顯，開采量也進入較穩(wěn)定的時期，礦井涌水量相比照較平穩(wěn)⑸。由于沒有精確的現(xiàn)實數(shù)據(jù)，模擬了煤礦涌水量的數(shù)據(jù)樣式，由于沒有影響因素的數(shù)據(jù)，所以只建立了基于時間序列的涌水量猜想模型，供比較。具體試驗過程如下：(1)數(shù)據(jù)的選取與分析為了更有比照性、說明性。通過模擬仿真煤礦涌水量的數(shù)據(jù)384個，假設存在煤礦2007—2022年的涌水量數(shù)據(jù)，如圖1T所示。選用小波分解式從某煤礦過去密集的數(shù)據(jù)曲線中來觀測涌水量變換趨勢。小波分解式為：EMBEDEquation.3(1)其中，EMBEDEquation.3為尺度函數(shù)；EMBEDEquation.3為小波函數(shù)；EMBEDEquation.3為尺度系數(shù)；EMBEDEquation.3為細節(jié)系數(shù)。用公式⑴分析選取的384個數(shù)據(jù)，如圖―2所示，明顯很符合煤礦的涌水量真實狀況。圖1-12007-2022年涌水量數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖圖1-22007年-2022年時間序列(2)猜想模型仿真分析運行環(huán)境為：全部程序都是在Matlab2022ra的環(huán)境下仿真的。(2.1)灰色猜想模型灰色理論認為一切數(shù)據(jù)都有規(guī)律。筆者選擇GM(1,1)對樣本數(shù)據(jù)EMBEDEquation.3進行累加得到數(shù)據(jù)如下：EMBEDEquation.3,使數(shù)據(jù)呈現(xiàn)肯定的規(guī)律性，然后擬合數(shù)據(jù)建立白化方程，得到的解為：EMBEDEquation.3(1)其中：EMBEDEquation.3為EMBEDEquation.3序列的估量值，EMBEDEquation.3再對EMBEDEquation.3做一次累減得到EMBEDEquation.3的猜想值EMBEDEquation.3,即EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3做兩組試驗進行猜想計算：(1)數(shù)據(jù)中的前7個數(shù)據(jù)點做為原始數(shù)據(jù)，猜想第8個數(shù)據(jù)點，仿真結果如圖2-1。圖2-12022年涌水量猜想結果相對誤差均方差為:6.37761338975865BP網(wǎng)絡猜想模型1水害預警系統(tǒng)設計概述與意義水害預警系統(tǒng)設計依據(jù)依據(jù)《煤礦平安規(guī)程》［其次百八十五條］第一款，礦井必需做好水害分析預報和充水條件分析，堅持猜想預報、有疑必探、先探后掘、先治后采的防治水原那么,建立采掘工作面水害分析預報表，并將猜想圖顯示在GIS地圖相應位置。表及猜測圖按《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》附錄六制定，制定模式參見附錄六?！兜V井水文地質(zhì)規(guī)程》第七十六條明確指出：“在礦井疏干開采過程中，應進行定性、定量分析，可以應用“三圖雙猜想法”進行頂板水害分區(qū)評價和猜想。有條件的礦井可以應用數(shù)值模擬技術，進行導水裂縫帶發(fā)育高度、疏干水量和地下水流場變化的模擬和猜想。”《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》第七十九條明確指出：“有條件的礦井可以采納“脆弱性指數(shù)法”或者“五圖雙系數(shù)法”等方法，對底板突水危急性進行綜合分區(qū)評價，可以采納比較法、解析法和數(shù)值模擬法等方法估計最大涌水量?！泵旱V水害一般分為突水、涌水兩種狀況。其中，突水有多種類型，通常分為頂板突水、底板突水和構造型突水，一般突水類型，尤以底板突水為主。依據(jù)《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》中明確指出的方法，進行本煤礦水文預警系統(tǒng)方案的制定。主要分為兩局部：頂板水害、底板突水危急性。2突水災難形成條件與發(fā)生緣由.1自然地質(zhì)條件我們國家大約有80%的煤田受暴雨、洪水、江河湖泊、地下水、老窿水等多種水源的嚴峻威逼;很多煤田地質(zhì)、水文地質(zhì)條件簡單,斷裂和導水通道發(fā)育;大局部煤田開采深度大,勢水頭壓力高,不僅簡潔誘發(fā)突水,而且一旦發(fā)生突水,就特別猛烈的。

灰色BP網(wǎng)絡猜想模型是基于GM猜想少數(shù)據(jù)的優(yōu)點和神經(jīng)網(wǎng)絡魯棒性好的特點而建立起來的混合模型，其結合方式主耍有并聯(lián)型、串聯(lián)型、嵌入型、融合型，筆者選用效果相對好些的GNNM(1,1)融合型進行計算。網(wǎng)絡結構為l-l-6-lo主要公式：EMBEDEquation.3(2)其中，EMBEDEquation.3為輸入?yún)?shù)，EMBEDEquation.3為系統(tǒng)輸出參數(shù)，EMBEDEquation.3為微分方程系數(shù)。具體計算的具體過程可參見文獻［3］。由于權值、閾值隨機初始化，筆者連續(xù)仿真50次，得到的猜想結果如圖2-2所示。圖2-22022年涌水量猜想結果相對誤差BP網(wǎng)絡猜想模型小波BP網(wǎng)絡猜想模型，是取小波對時間的敏感性，與BP網(wǎng)絡的非線性辨識性結合在在一起，使小波神經(jīng)網(wǎng)絡具有對時變環(huán)境的自適應學習力量和非線性建模力量而建立起來的一種組合模型［5］。筆者選取母小波基函數(shù)構成隱含層結點，網(wǎng)絡結構設為4-6-lo其中：輸入層有4個節(jié)點，表示猜想時間節(jié)點前4個時間點涌水量數(shù)據(jù)；隱含層有6個節(jié)點；輸出層有1個節(jié)點，為網(wǎng)絡猜想的猜想輸出。網(wǎng)絡權值和小波基函數(shù)在參數(shù)初始化時隨機得到。主要公式為：EMBEDEquation.3EMBEDEquation.3(8)其中：式中，EMBEDEquation.3為隱含層到輸出層權值，EMBEDEquation.3為輸入信號序列為；EMBEDEquation.3為輸入層和隱含層的連接權值；EMBEDEquation.3為小波基函數(shù)EMBEDEquation.3的平移因子；EMBEDEquation.3為小波基函數(shù)EMBEDEquation.3的伸縮因子；EMBEDEquation.3為小波基函數(shù)，本案例采納母小波波基函數(shù)，構成了隱含層節(jié)點。EMBEDEquation.3為小波神經(jīng)網(wǎng)絡猜想輸出。由于網(wǎng)絡權值和小波基函數(shù)在參數(shù)初始化時隨機得到，所以每次猜想的結果值會有差異，筆者連續(xù)猜想50次，結果如下列圖2-3所示。圖2-350次仿真結果分析(3)爭論由圖2-1,圖2T,圖2-3中，可以看出，在4-5月份，由于原始數(shù)據(jù)規(guī)律性不強，所以無論是灰色、還是BP網(wǎng)絡、GNNM(1,1)、小波神經(jīng)網(wǎng)絡，猜想結果相對于其它月份的精確率都要低一些。可見數(shù)據(jù)的選取在做猜想算法時至關重要。在實際應用中，為了猜想結果的精確在實際應用中，為了猜想結果的精確度，數(shù)據(jù)去噪、缺失值處理是很重要的(4)結論(1)灰色猜想算法：數(shù)據(jù)量少，猜想結果精確度不高(2)灰色神經(jīng)網(wǎng)絡：數(shù)據(jù)量不大，時間不長，精確度較高，結果比小波神經(jīng)網(wǎng)絡穩(wěn)定小波神經(jīng)網(wǎng)絡：數(shù)據(jù)量大，時間長，精確度較高，穩(wěn)定性比灰色神經(jīng)網(wǎng)絡差所以，在實際應用中應依據(jù)數(shù)據(jù)庫中的實際數(shù)據(jù)量、時間要求，選擇合適的模塊進行猜測分析。剖面圖的實現(xiàn)22222礦井水位（漂?。崿F(xiàn)33突水礦床大多分布在氣候暖和潮濕、大氣降水較為充足的地區(qū)。在地貌上一般位于河谷、山間盆地、大型平原、低山丘陵地帶，地形相對切割程度較弱，地面相對平坦低洼,一般處在當?shù)厍治g基準面上下,有利于大氣降水匯合與徑流。礦區(qū)及其四周有河流、水庫、湖泊乃至大江、大海等地表水體或有沖溝等臨時性水流。礦區(qū)地質(zhì)構造簡單,褶皺、斷裂和裂隙發(fā)育,礦體和圍巖地層發(fā)育齊全,巖石物理力學性質(zhì)相差懸殊,直接頂?shù)装鍘r石強度較低,現(xiàn)今構造活動較劇烈。礦體厚度和規(guī)模變化大,埋藏深,礦層的主要局部位于當?shù)厍治g基準面或地下水位以下。礦區(qū)和區(qū)域地下水豐富;局部有地下暗河徑流,或規(guī)模較大的老窿積水。礦體頂?shù)装寤驀鷰r的含水層，以碳酸鹽巖的裂隙、巖溶裂隙含水層為主。主要巖溶裂隙含水層，在地質(zhì)歷史時期經(jīng)受屢次構造運動和劇烈?guī)r溶化作用，構造裂隙、溶蝕裂隙、溶孔、溶洞和溶蝕管道發(fā)育，彼此縱橫交叉,連通性好。滲透性、富水性強,含水豐富;而且含水層的延展范圍廣,接受大氣降水和區(qū)域地下水補給面積大,具有巨大的靜儲量和動儲量,一般不簡潔疏干。礦區(qū)位于碳酸鹽巖暴露區(qū)或有薄層第四紀松散沉積蓋層的隱伏巖溶區(qū)，有巖溶漏斗、落水洞、落水井和巖溶塌陷坑分布,而且與礦層頂?shù)装鍘r溶含水層的裂隙、溶孔、溶洞系統(tǒng)相通。礦區(qū)內(nèi)有切割礦層及其頂?shù)装宓暮畬?或發(fā)育有斷距較大的張性含水導水斷裂。礦層及其頂?shù)装搴畬又g,或含水層與地表水體（包括大氣降水后的片流、臨時徑流及洪水）之間，因沉積間斷、斷層、溶洞、巖溶陷落柱、落水洞、巖溶漏斗、巖溶塌陷等發(fā)生直接或間接溝通,而具有較強的水力聯(lián)系。礦層頂?shù)装宓暮畬訛槌袎汉畬?所含地下水有很高的承壓水頭,相對于礦層（體）頂?shù)装宓膯挝幻娣e水壓力高。.2人為條件目前,我們國家煤礦管理水平、生產(chǎn)技術和災難防治力量還比較差,特殊是礦業(yè)秩序比較混亂,大量鄉(xiāng)鎮(zhèn)和個體小煤礦,不僅生產(chǎn)技術水平落后,而且無證開采和違規(guī)生產(chǎn)特別嚴峻，使突水及其他礦難事故難以得到有效掌握皿⑵。水文地質(zhì)勘探程度不夠,水文地質(zhì)資料的具體牢靠程度較低，即使是詳查階段獲得的資料也存在較大誤差；尤其是對與礦層（體）并無明顯直接關系的地表水、含水豐富的巖溶含水層水對礦床開采的影響，未予充分評價;甚至水文地質(zhì)邊界條件不明,礦井（坑）涌水量猜想存在較大誤差。大量地質(zhì)及水文地質(zhì)勘查鉆孔洞穿礦層及其頂?shù)装搴畬优c隔水層后，起到人為溝通作用；一些未封閉或封孔質(zhì)量不好的鉆孔,往往成為礦床開采的地下水通道。井、巷的空間布置不夠合理，礦井及礦坑地面排水、泄洪不暢。開采條件下，由于礦一井（坑）長期排水和礦層采空引起頂?shù)装鍘r石變形位移,礦區(qū)地面發(fā)生下沉、裂縫、巖溶塌陷等。開采條件下,礦區(qū)地下水雖經(jīng)長期排水疏干，但穩(wěn)定的排水降落漏斗始終未完全形成,降落漏斗的浸潤曲線陡、水力坡度大,因此對礦床開采有嚴峻威逼的主要含水層的地下水,基本未受礦山排水影響,潛水位或承壓水位基本未變,相對于生產(chǎn)巷道,仍有很大的水位差、壓力差,對采礦井巷仍存在很大威逼。礦床大規(guī)模開采條件下，由于井巷工作面推動和巖礦石大量采空,礦層及其直接頂?shù)装鍘r層之間的地應力平衡受到破壞,井巷及采空區(qū)因地應力解除而受到巨大的礦山壓力，因此使井巷及采空區(qū)的頂、底板及邊部巖石變形位移,并形成大量新生張性裂隙、剪切裂隙的采礦裂隙帶,溝通了巷道與礦層頂?shù)装搴畬拥穆?lián)系。礦區(qū)存在廢棄的古洞坑和采空區(qū),未經(jīng)具體勘測,進入老采空區(qū)采煤。隨便堆棄煤肝石而堵塞山谷、河床,洪水爆發(fā)導致灌井。違規(guī)生產(chǎn)如井口位置不當；防水煤柱太薄或亂采濫挖破壞防水礦柱;采掘生產(chǎn)中，覺察透水預兆不進行探水防水等。礦山水文地質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)不完善,地下水動態(tài)及突水災難猜想預報力量差。礦井防水搶救設施缺乏，設計泵房的最大排水量與可能消失的最大涌水量相差太大。沒有有效的災難預案,面對消失的突水危急，管理人員不能實行堅決有效措施加以防治;礦工缺乏救災學問O爭論的目的和意義隨著科技進展和對煤炭資源需求量的增加，深部綜采程度不斷提高。一方面對深部的礦壓增大，承壓水的水頭壓力也越來越大;一方面，隨著開采范圍擴大,礦井水文地質(zhì)條件中的不確定因素也隨著面積擴大而增多，潛在危急性也隨之加大;第三，機械化綜采要求的條件較高，需要疏干頂板含水層；同時帶壓開采成為受底板灰?guī)r承壓水威逼煤層開采的主要方法，為底板涌突水爭論提出了更高更迫切的要求。因此，認清煤礦頂板、底板涌、突水問題的現(xiàn)實狀況，爭論其猜想預報方法，實行有效的防治措施，對于確保煤礦平安生產(chǎn)，保障我們國家煤炭工業(yè)持續(xù)穩(wěn)定進展具有重要的現(xiàn)實意義。2頂板水害文獻論文爭論很多，但文獻中涉及的數(shù)據(jù)，現(xiàn)實中一般很難采集，歷史數(shù)據(jù)更難收集。在《煤礦水文地質(zhì)規(guī)程》中，已經(jīng)明確給出了平安隔水層厚度和突水系數(shù)計算公式，具體公式詳見附錄三；平安水頭壓力值計算公式，具體公式詳見附錄四。突水猜想的具體流程與實現(xiàn)，《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》中提及的方法還在調(diào)研中。頂板水為疏干對象，因來源不同，水量大小不一，通常由每小時幾方到數(shù)百方不等，或更大，對礦井正常開采影響較大?！叭龍D雙猜想法”由中國礦業(yè)高校武強教授創(chuàng)造，于2022年申請專利，并于2022年12月21日，由《水文地質(zhì)規(guī)程》正式認定為進行頂板水害評價與猜測的有效方法。故本方案水文水害預警中的底板局部采納本方法進行制定。2.1三圖雙猜想法概念《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》第七十六條明確指出：“在礦井疏干開采過程中，應進行定性、定量分析，可以應用“三圖雙猜想法”進行頂板水害分區(qū)評價和猜想。有條件的礦井可以應用數(shù)值模擬技術，進行導水裂縫帶發(fā)育高度、疏干水量和地下水流場變化的模擬和猜想?！备拍睢叭龍D雙猜想”法，是中國礦業(yè)高校（北京）武強教授依據(jù)多年的爭論理論、閱歷、成果，在解決制約我們國家華北型煤田煤炭工業(yè)可持續(xù)進展的主要水患實踐過程中，提出的煤層頂板水害評價的方法，是解決煤層頂板充水水源、通道和強度三大問題的頂板水害評價方法。頂板“三圖雙猜想”法在盡可能挖掘采用勘探、開采己有基礎資料的前提下，應用多源地學信息復合爭論方法，相互印證，避開了基巖含水層的非均質(zhì)和各向異性特征以及其他多種因素的干擾影響，和由于含水層富水性條件相當簡單，富水程度不同位置多變，導致所得結論存在的局限性和片面性。到達對基巖充水含水層富水性綜合分區(qū)評價的目的，實現(xiàn)了對采動前、后的頂板水量進行猜測⑼?！叭龍D”是指：煤層頂板充水含水層富水性分區(qū)圖、頂板冒裂平安性分區(qū)圖和頂板涌（突）水條件綜合分區(qū)圖；“雙猜想”是指：頂板充水含水層預處理前、后回采工作面分段和整體工程涌水量猜想“一力。算法流程采用GIS強大的空間信息處理力量，對各種圖形信息進行量化；用AHP法對各因素進行評價，計算出各因素對總目標的影響權重。再應用GIS的空間復合疊加功能對AHP的計算結果進行處理，以直觀的富水性分區(qū)圖和冒裂平安分區(qū)圖疊加，生成頂板涌突水條件危急性分區(qū)圖。依據(jù)材料基于礦井基礎資料，特殊是鉆孔資料、抽水試驗資料，是充分挖掘各種地質(zhì)資料的信息從而疊加出最終成果。因此，礦區(qū)的基礎地質(zhì)資料特別重要。2.2基于GIS的AHP方法的富水性分區(qū)圖實現(xiàn)AHP：層次分析法（AnalyticHierarchyProcess,簡稱AHP法），是一種定性與定量相結合的多準那么決策（評價）方法。它是美國運籌學家教授于20世紀70年月提出的一種簡便、敏捷而有用的多準那么決策方法，是將半定性、半定量問題轉(zhuǎn)化為定量問題的有效途徑。2.2.1實現(xiàn)步驟第一步：由用戶依據(jù)專家閱歷對所在煤礦的主要掌握因素進行分析，在水文災難預警系統(tǒng)上建立“煤層直接充水含水層層次分析結構圖二結構圖的主要構成形式如圖3-1所示。

圖3T煤層直接充水含水層層次分析結構圖其中：A層為模型的目標因素，即含水富水性的最終目的；B層：打算富水性的相關因素，但其影響方式還需通過與其相關的具體因素來表達，這是解決問題的中間環(huán)節(jié)，亦即模型的準那么層（次）；c層：各個具體的主控因素指標，即本模型的決策層（次），通過對該層次問題的決策，即可最終到達所要求解的目標。軟件實現(xiàn)：在頁面建立文本框，提示指導用戶自行錄入。此圖將爭論對象劃分為3個層次，在實際工程中，用戶可以依據(jù)煤礦實際狀況在頁面文本框中輸入數(shù)據(jù)建立多層結構。其次步：建構推斷矩陣。依據(jù)第一步，領